Os lodos são encontrados em muitas indústrias de processamento, e medir as taxas de fluxo de lodos muitas vezes é desafiador devido a uma variedade de razões, incluindo mudanças constantes no tamanho e volume de sólidos arrastados, densidade variável, fluxo laminar e a alta velocidade muitas vezes necessária para manter os sólidos arrastados em solução.
Aplicações comuns de medição de lodo, desafios
Algumas aplicações comuns de medição de lodo e desafios incluem:
Celulose e papel, com uma consistência típica de 3,6% de sólidos na entrada da máquina de papel no processo de sulfato, que é o mais comum para a produção de celulose química, pois também produz uma celulose mais resistente do que o processo de celulose mecânica.
Metais e mineração com 5% a 8% de sólidos em muitos fluxos, incluindo teor de sólidos elevado superior a 50% em linhas de rejeitos de planta de concentrador de cobre.
Injeção química para petróleo, gás e petroquímica, onde as reações adicionam ao sinal de fluxo ruidoso.
Aplicações de fraturamento hidráulico requerem precisão de 0,25% das misturas de água e areia bombeadas para o poço para reduzir os desafios do poço.
Tratamento de água e águas residuais com salmouras, onde a alta condutividade da salmoura, combinada com cerca de 10% de sólidos, gera uma alta variabilidade na medição de fluxo.
Felizmente, a maioria dos lodos é à base de água e, portanto, um fluido condutivo, tornando-os adequados para medição de fluxo não intrusiva usando medidores de fluxo magnéticos ou medidores magnéticos. Esta tecnologia de medição é uma das poucas capazes de medir o fluxo em aplicações de fluxo turbulento e laminar.
Os medidores magnéticos são compostos por um transmissor e um sensor que juntos medem o fluxo. O sensor do medidor magnético é colocado em linha e mede uma voltagem induzida gerada pelo fluido conforme ele flui através de um tubo. O transmissor pega a voltagem gerada pelo sensor, converte a voltagem em uma medição de fluxo e transmite essa medição de fluxo para um sistema hospedeiro.
Seja medindo o fluxo de massa de polpa, salmouras ou minério usando medidores magnéticos - incluindo aqueles com uma placa de impingimento para proteger tanto o revestimento quanto os eletrodos do medidor - partículas em correntes de fluxo de lodo podem resultar em leituras instáveis. Esses e outros problemas podem ser abordados pela seleção cuidadosa do medidor magnético certo para cada aplicação.
Gerenciando sinais instáveis na medição de fluxo de lodo
Leituras instáveis e imprecisas de medidores magnéticos muitas vezes ocorrem devido a detritos arrastados no fluido impactando os sensores de eletrodo e causando picos de milivoltagem, que são então interpretados como picos de fluxo. Tubos de fibra de vidro são frequentemente usados em serviços de salmoura ou químicos, e tendem a criar muita corrente estática na aplicação, o que, assim como o problema de impingimento de partículas, afeta a integridade da medição. Ao usar um medidor magnético padrão, esses sinais de ruído medidos pelos eletrodos têm dificuldade em se separar do sinal de fluxo de forma consistente e precisa.
O método tradicional de compensação para esse tipo de ruído é estender o tempo de amortecimento do sinal de fluxo, o que é feito no transmissor. Devido à natureza desses sinais de lodo, não é incomum ver tempos de amortecimento de 30 a 60 segundos. Essa técnica produz um valor estável de taxa de fluxo, mas não é bom para controle em tempo real. Para muitos processos de fluxo, o tempo morto do processo é frequentemente inferior a um segundo, então amortecer até esse ponto significa que o controle está respondendo a uma mudança que ocorreu em múltiplos ciclos anteriores, o que pode levar a uma operação instável do sistema de controle.
Este tipo de operação instável muitas vezes resulta em oscilações da válvula de controle, redução da produtividade e tempo de inatividade. Mesmo com amortecimento aplicado tanto no transmissor quanto no sistema de controle, em muitos casos ainda há muito ruído para regular o processo de forma eficaz.
Em um exemplo de uma fábrica de celulose, quando o problema estava no seu pior momento, a instalação foi forçada a desligar o controle automático completamente e acionar manualmente a válvula de controle, levando não apenas a um desempenho ruim, mas também a um uso ineficaz do tempo dos operadores.
Uma abordagem melhor para medir a taxa de fluxo de lama
Uma maneira de reduzir o efeito do ruído é aumentar a potência disponível do sinal gerado pelo sensor, como aumentar a potência de 0,5 amperes com designs antigos para 2 amperes em designs mais recentes. No entanto, aumentar a potência do sinal resolve apenas um aspecto do problema de medição, o sinal ruidoso, sem abordar totalmente o desafio de detritos ou outros picos induzidos pelo processo.
Ao analisar mais de 200 amostras de ruído do ambiente severo do mundo real durante o desenvolvimento, e aproveitando as capacidades aprimoradas do microprocessador, uma equipe de desenvolvimento de medidores magnéticos foi capaz de identificar requisitos para processamento digital mais sofisticado no transmissor, incluindo processamento ativo de sinais para identificar e ignorar valores discrepantes causados pelo impacto de partículas.
Tecnologia interna: Melhorias no medidor de fluxo magnético
Este transmissor avançado é fornecido com novas compras de medidores magnéticos e pode ser adaptado a instalações existentes. Ele inclui três perfis de ruído de processo, duas frequências de bobina, ajuste zero e cinco modos de processamento de sinal pré-configurados com base no tempo médio, nível de ruído do processo, fator/tolerância de ruído do processo, tempo de varredura e limite de tempo da média em execução. Há também um sexto modo de processamento de sinal "personalizado" totalmente personalizável que pode ser específico do usuário com base na aplicação. O suporte técnico está disponível para ajudar na calibração fina e no desenvolvimento de configurações personalizadas.
O sensor do medidor é um design sem obstruções e sem peças móveis, tornando-o ideal para medir lamas condutivas, onde minimiza a manutenção e reparo. Sem peças móveis ou obstruções também significa nenhuma falha mecânica ou acúmulo de material, proporcionando um alto nível de confiabilidade.
Os diagnósticos embutidos estão ganhando importância crescente em diversas indústrias. Implementar dispositivos de medição que possam fornecer insights sobre condições de instalação, condições de processo e saúde do dispositivo são facilitadores-chave para a manutenção preditiva. As capacidades de verificação de medidores inteligentes fornecem esses diagnósticos com alertas em tempo real, notificando a manutenção sobre problemas antes que resultem em quaisquer problemas relacionados ao processo. Os diagnósticos incluem indicações de tubo vazio, fluxo reverso e saturação de eletrodos, bem como falhas de aterramento e fiação, juntamente com outros problemas.
Transmitir variáveis de diagnóstico, variáveis secundárias selecionáveis pelo usuário (como temperatura eletrônica, fluxo totalizado ou qualquer uma das outras 16 variáveis disponíveis) e outras informações para um hospedeiro—como um sistema de controle ou gerenciamento de ativos—requer um protocolo de comunicação digital. HART (do FieldComm Group) é uma opção, e é sobreposto ao sinal de medição de fluxo de 4-20mA.
Tem a vantagem de ser o protocolo de dispositivo de campo mais amplamente utilizado nas indústrias de processos, então muitos sistemas hospedeiros suportam o protocolo. Para aqueles que não suportam, conversores de protocolo estão disponíveis para converter o sinal HART em sinais discretos e de 4-20mA, garantindo compatibilidade com todos os sistemas hospedeiros.
Os usuários finais devem procurar uma linha de medidores magnéticos com uma ampla gama de tamanhos, como 3 - 36 polegadas (80 - 900 mm), com precisões de ±0,25% padrão e configurações de opção de alta precisão de ±0,15%, para lidar com a maioria das aplicações.
Tecnologia avançada de medição em ação: aplicação de material de embalagem
Antes de instalar o medidor de vazão de lama, o sinal de fluxo do medidor variava entre valores tão altos quanto 150L/min e valores tão baixos quanto 10L/minuto. Após a instalação do novo medidor de vazão de lama, a redução do amortecimento foi reduzida de 15 para apenas três segundos. Quando combinado com as capacidades de processamento de sinal no transmissor, isso produziu um sinal muito mais estável, com as medições observadas mais representativas do fluxo de lama real.
O controle de processo melhorado resultante, possibilitado por uma leitura de fluxo de lama aprimorada, não apenas apoiou a detecção de mudanças importantes na operação, mas também ajudou a empresa a evitar retrabalhos devido a alimentações de material incorretas, o que afetava a qualidade do material de embalagem.
Uma segunda aplicação na indústria de celulose, desta vez na Suécia, estava enfrentando oscilações excessivas no processo. Além do desgaste excessivo na válvula de controle devido a acionamentos frequentes, era necessário reverter do controle em malha fechada para o controle manual em muitas instâncias. Com um novo medidor de vazão magnético de lama instalado nesta fábrica sueca, o pessoal da planta conseguiu operar consistentemente em modo de controle automático em malha fechada, resultando em aumento da produtividade, redução do uso de matéria-prima e menos interrupções no processo.
Tecnologia avançada de medição em ação: aplicação na mineração
Melhorias semelhantes podem ser encontradas em outras indústrias, incluindo uma mina de ouro na América do Sul onde o medidor de vazão de lama foi instalado na linha de distribuição de polpa mineral. Antes da instalação, o balanceamento automático da carga circulante (proporção do material grosseiro retornado ao moinho em comparação com o material fino) não era possível e tinha que ser feito manualmente para considerar os fatores de ajuste. Esses ajustes manuais muitas vezes eram incorretos ou não eram feitos de forma oportuna, levando a retrabalhos significativos. A ampla variabilidade do fluxo de lama também tornava desafiador gerenciar o pH do processo, resultando na necessidade de redução da produção por motivos de segurança. Após a instalação do medidor de vazão magnético de lama, a resposta em tempo real às mudanças na taxa de fluxo estava agora disponível. Isso minimizou o retrabalho necessário e aumentou a produção, em grande parte devido ao balanceamento automático de massa agora sendo realizado em tempo real.
Medidor avançado de vazão melhora precisão, controlabilidade, produção
Histórias de sucesso semelhantes, com melhorias significativas em precisão, controlabilidade e produção, podem ser encontradas em qualquer indústria onde sinais ruidosos de medidores magnéticos são observados, especialmente com lamas. Embora a medição de fluxo de lama continue sendo um desafio, especialmente em ambientes altamente condutivos ou abrasivos quando a leitura de fluxo é usada para controle em malha fechada, a maioria dessas aplicações pode ser abordada com a tecnologia moderna de medidores magnéticos.
Usar esse tipo de tecnologia de ponta de forma configurável e personalizável proporciona baixa variabilidade nas leituras de fluxo, capacitando o pessoal a operar suas plantas mais próximas dos limites de operação. Também fornece um controle automático em malha fechada aprimorado, melhor estabilidade do processo e aumento da produção, juntamente com menos desgaste do equipamento em uma ampla gama de regimes de fluxo, perfis e faixas.
